基于步進(jìn)電機(jī)粽葉包合機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

郭霞

摘 要：此次研究是基于步進(jìn)電機(jī)對粽子機(jī)中的粽葉自動(dòng)包合機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，主要完成粽子模具合并，粽葉翻板先后包裹粽子，預(yù)留繞線空間這幾部分功能；并分析粽子機(jī)包合機(jī)構(gòu)中整體傳動(dòng)系統(tǒng)，整機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及各部分零件的尺寸確定。該機(jī)械具有生產(chǎn)速度快、成品高、省時(shí)省力等優(yōu)點(diǎn)；能夠廣泛應(yīng)用于學(xué)校、食堂、飯店、企事業(yè)單位和食品加工行業(yè)中。

關(guān)鍵詞：粽子機(jī)；包合機(jī)構(gòu)；步進(jìn)電機(jī)

中圖分類號：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）31-0084-02

Abstract： This research is based on the stepping motor， designs the reed leaf automatic wrapping mechanism in the zongzi machine， mainly fulfilling the functions such as zongzi mold merger， reed leaf flipping plates wrapping zongzi， reserving winding space， etc. It also analyzes the whole transmission system， the design of the whole machine structure and the determination of the dimensions of the parts in the wrapping mechanism of the zongzi machine. The machine has the advantages of high production speed， high finished product， time-saving and labor-saving， and can be widely used in schools， canteens， restaurants， enterprises and food processing industries.

Keywords： zongzi machine； wrapping mechanism； stepping motor

引言

粽子作為中國傳統(tǒng)節(jié)日端午節(jié)的標(biāo)志性食物，深受廣大消費(fèi)者的喜愛。近年來，隨著粽子需求量的不斷增加，很多粽子生產(chǎn)廠的生產(chǎn)能力面臨很大的考驗(yàn)，尤其在端午節(jié)的前后，生產(chǎn)能力不足的問題更是十分的嚴(yán)重。

研究的主要目的是減輕不必要的勞動(dòng)，讓機(jī)器代替人類去做些瑣碎的事情。

1 粽葉包合結(jié)構(gòu)及原理

全自動(dòng)粽子機(jī)的粽葉包合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)包括導(dǎo)軌及螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì)、滑動(dòng)設(shè)計(jì)、聯(lián)軸器和軸承的選擇以及電機(jī)的選擇?？傮w三維圖如圖1所示。

其工作流程是，聯(lián)接絲杠的步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)，按照所需的進(jìn)給距離，電機(jī)開始運(yùn)行一定的轉(zhuǎn)數(shù)，與絲杠相聯(lián)接部分，立即向右進(jìn)給，直至接觸到右邊的定模箱體，完成左右模腔的閉合。隨后將粽葉放置模腔上方，且左右對稱放置；吸附粽葉部分開始運(yùn)行，通過型腔內(nèi)預(yù)留的通孔對粽葉進(jìn)行吸附，達(dá)到粽葉基本吸附在型腔之中即可；滑動(dòng)部分的步進(jìn)電機(jī)開始運(yùn)行，帶動(dòng)翻板機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)將左半部分的粽葉向內(nèi)閉合；隨后右半部分的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)也進(jìn)行翻轉(zhuǎn)；之后，滑動(dòng)部分向右滑出，露出一半包裹好的粽子，利用繞線機(jī)在露出的半邊粽子上進(jìn)行繞線，完成包裝，即可取出粽子。

機(jī)構(gòu)外形尺寸及重量初步估計(jì)：

機(jī)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)設(shè)定為：

材料：不銹鋼304型，密度ρ=7.9g/cm3

長度×寬度×厚度：

470mm×200mm×200mm

滑動(dòng)部分機(jī)構(gòu)質(zhì)量估算：

m=7.9×1154×10-3+0.28=9.38kg

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 導(dǎo)軌的選型與設(shè)計(jì)

（1）導(dǎo)軌的作用

當(dāng)運(yùn)動(dòng)件沿著承導(dǎo)件作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，承導(dǎo)件上的導(dǎo)軌起支承和導(dǎo)向的作用，即支承運(yùn)動(dòng)件和保證運(yùn)動(dòng)件在外力（載荷及運(yùn)動(dòng)件本身的重量）的作用下，沿給定的方向進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)。

（2）導(dǎo)軌材料的選擇

常見的導(dǎo)軌基本上是燕尾形、三角形導(dǎo)軌，大多應(yīng)用于機(jī)床上，其成本和制造的難度較大，考慮到此機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)部件重量、尺寸和工作載荷不大，裝置屬于小型機(jī)械，選擇導(dǎo)軌主要考慮經(jīng)濟(jì)型、維護(hù)方便、導(dǎo)向精確即可。

本系統(tǒng)中導(dǎo)軌選用光軸，它具有較好的耐磨性，準(zhǔn)確的外徑尺寸，真圓度，真直度以及表面處理。

（3）導(dǎo)軌額定載荷的預(yù)算

工作臺重量G=93.8N

工作臺最大載荷F=100N

因此導(dǎo)軌額定靜載荷為：

F+G=93.8+100=193.8N

（4）滑動(dòng)導(dǎo)軌的計(jì)算

為了使導(dǎo)軌磨損均勻及提高工作壽命，導(dǎo)軌上的壓力應(yīng)盡可能平均，許用最大比壓約為許用平均比壓的二倍，因此在實(shí)際設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中，通常只計(jì)算平均比壓。

P′=[（P2+G）/BL]≤[P′]（kg/cm2）

式中P′-計(jì)算平均比壓（kg/cm2）；P2-垂直載荷（kg）；G-導(dǎo)軌面所承受的總重量，包括工件和工作臺的重量（kg）；B-導(dǎo)軌的水平投影寬度（cm）；L-與工作臺接觸的導(dǎo)軌面總長度（cm），對于圓周運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，L=πD′，D′為原型導(dǎo)軌的平均直徑（cm）；[p]-許用平均比壓（kg/cm2），

P′=[（10+9.38）/2]/（1.6×24）=0.252（kg/cm2）

根據(jù)計(jì)算出來的平均比壓P′查《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊》表8-7可以得出：

[P′]=0.25～0.40，p′≤[p′]

則導(dǎo)軌尺寸設(shè)計(jì)合理。

（5）導(dǎo)軌的安裝

采用導(dǎo)軌安裝支架，在安裝支架上加工階梯孔，將光桿安裝上去，用六角頭螺栓和墊片鎖緊定位，六角頭螺栓采用M10X25，標(biāo)準(zhǔn)：GB/T5782-2000。

2.2 絲杠的選型與設(shè)計(jì)

（1）絲杠的選型

參照設(shè)計(jì)要求發(fā)現(xiàn)，滑動(dòng)螺旋和滾動(dòng)螺旋均可滿足要求。擬選定滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)方式。

滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)又稱滾動(dòng)絲杠，其螺桿與旋合螺母的螺紋滾道間置有適量滾動(dòng)體（絕大多數(shù)滾動(dòng)螺旋采用鋼球，也有少數(shù)采用滾子），使螺紋間形成滾動(dòng)摩擦。在滾動(dòng)螺旋的螺母上有滾動(dòng)體返回通道，與螺紋滾道形成閉合回路，當(dāng)螺桿（或螺母）轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，使?jié)L動(dòng)體在螺紋滾道內(nèi)循環(huán)，由于螺桿和螺母之間為滾動(dòng)摩擦，從而提高了螺旋副的效率和傳動(dòng)精度。

（2）絲杠的安裝

絲杠安裝在絲杠安裝支架和定模箱上，將安裝絲杠軸承的孔加工成階梯孔，階梯孔能夠起到定位軸承的作用。

為了方便定模箱的加工制造，將定模箱上的絲杠安裝孔加工成通孔，并采用深溝球軸承、軸套及軸承端蓋進(jìn)行固定、定位。

2.3 軸承設(shè)計(jì)

滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，類型很多，選用時(shí)主要根據(jù)載荷的大小、方向和性質(zhì)；轉(zhuǎn)速的高低及使用要求來選擇，同時(shí)也必須考慮價(jià)格及經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)設(shè)計(jì)需求，主要成熟徑向載荷，也受一定的軸向載荷，選擇常用的深溝球軸承。

2.4 聯(lián)軸器的選擇

由此機(jī)構(gòu)預(yù)選步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力來源，其電機(jī)的輸出軸的徑向尺寸較小，工作環(huán)境溫度變化不大，所需聯(lián)軸器的承載能力較小，采用TGL鼓形齒式聯(lián)軸器。

其特點(diǎn)是：徑向尺寸小，承載能力大，具有一定的軸線偏移補(bǔ)償性能，需要潤滑和密封。常用于低速重載工作條件的軸系傳動(dòng)，高精度并經(jīng)動(dòng)平衡的齒式聯(lián)軸器可用于高速運(yùn)動(dòng)，其工作環(huán)境溫度為-20～80℃。

2.5 電機(jī)設(shè)計(jì)

由于機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)需求，滑塊的進(jìn)給速度要求平穩(wěn)緩慢，機(jī)構(gòu)運(yùn)行啟動(dòng)的力矩較小，要求電機(jī)能夠正反轉(zhuǎn)動(dòng)，故初步選擇步進(jìn)電機(jī)。

根據(jù)所需力矩選擇步進(jìn)電機(jī)型號為：86BH2A80-404。電機(jī)安裝通過四個(gè)六角頭螺栓與電機(jī)安裝支架聯(lián)接，電機(jī)安裝支架通過螺栓與電機(jī)絲杠安裝架聯(lián)接。

3 結(jié)束語

全自動(dòng)粽子機(jī)是由粽葉包合機(jī)構(gòu)、填料機(jī)構(gòu)、粽葉吸附機(jī)構(gòu)、自動(dòng)繞線機(jī)構(gòu)組成。該機(jī)械具有生產(chǎn)速度快、成品高、省時(shí)省力等優(yōu)點(diǎn)，能夠廣泛應(yīng)用于學(xué)校、食堂、飯店、企事業(yè)單位和食品加工行業(yè)中。

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